Zookeeper事务日志预分配空间源码分析
更新时间：2023-10-23
前言
在Zookeeper中，事务日志是非常重要的组件之一。它记录了所有对Zookeeper数据节点的变更操作，包括创建、删除、更新等。事务日志的作用是保证数据的持久性和可靠性，在Zookeeper重启或崩溃后能够恢复数据。为了提高事务日志的写入性能，Zookeeper采用了预分配空间的策略。
预分配空间策略
事务日志的预分配空间策略是指在写事务日志之前，提前为日志文件分配一定大小的磁盘空间，以减少频繁的磁盘操作。预分配空间策略包括两个关键的步骤：一是确定每个日志文件的大小，二是在磁盘上预先创建这些大小的空文件。
Zookeeper使用了固定大小的日志文件进行事务日志的存储，默认情况下一个日志文件的大小为1GB。在初始化事务日志时，会进行以下操作：
1. 创建一个大小为预设值的空日志文件。
2. 创建一个共享内存映射的写缓冲区，用于将事务数据写入到内存中。
3. 对写缓冲区设置刷盘策略（比如每隔一定时间或写入一定量数据进行刷盘）。
当事务提交时，数据首先写入到内存的写缓冲区，然后根据刷盘策略定期或条件性地将数据刷写到磁盘，这样避免了频繁的磁盘IO操作。
预分配空间源码分析
在Zookeeper的源码中，预分配空间的相关逻辑主要涉及到两个类：`FileTxnLog`和`TxnLog`。
1. `FileTxnLog`类：该类是事务日志的实现类，负责具体的文件操作逻辑。在构造方法中，会创建一个回滚的事务文件。
```java
private FileTxnLog(File logDir, FileTxnLog.ZKSnapLogStream snapLog, int numLogs) throws IOException {
...
while (txnlogFiles.size() < (numLogs -1)) {
// Create a new file with padding to fill to preAllocSize
File logFile = new File(logDir, Util.makeLogName(txnlogFiles.size()));
try {
preAllocSize = txnLogPreallocateSize();
// Pre allocate space to the file
FileChannel fc = new RandomAccessFile(logFile, "rw").getChannel();
fc.write(ByteBuffer.allocate(1), preAllocSize - 1);
fc.close();
...
} catch (IOException ioe) {
LOG.error("Error in preAllocating a log file {}", logFile, ioe);
throw ioe;
}
...
}
...
}
```
在上述代码中，`preAllocSize`表示每个日志文件的预分配大小，`numLogs`表示预分配的日志文件数量。在循环中，根据`txnLogPreallocateSize()`方法获取预分配大小，然后创建具有预设大小的空文件。
2. `TxnLog`类：该类是`FileTxnLog`类的抽象父类，定义了事务日志的基本操作接口。其中，`commit()`方法用于提交事务，在提交事务之前，会将事务写入到预分配的空文件中。
```java
public synchronized void commit() throws IOException {
...
//不同的实现类通过调用doCommit()方法实现具体的提交逻辑
doCommit(tracker, forceSync);
...
}
...
protected abstract void doCommit(CommitTracker tracker, boolean forceSync) throws IOException;
```
`doCommit()`方法的实现由不同的子类负责。在`FileTxnLog`类中，`doCommit()`方法将事务数据写入到内存映射的写缓冲区，并根据刷盘策略定期或条件性地将缓冲区中的数据刷写到磁盘。具体实现可以参考源码。
总结
Zookeeper利用预分配空间策略提高了事务日志的写入性能。通过预先为每个日志文件分配一定大小的磁盘空间，可以减少频繁的磁盘IO操作，从而提升写入性能。预分配空间的源码逻辑主要涉及到`FileTxnLog`和`TxnLog`类，其中`FileTxnLog`类负责具体的文件操作逻辑，`TxnLog`类是它的抽象父类，定义了事务日志的基本操作接口。事务提交时，会将事务数据写入到预分配的空文件中。预分配空间策略在提高性能的同时，也要注意合理的预分配大小，以免浪费磁盘空间。通过了解预分配空间的实现原理，我们可以更好地理解Zookeeper事务日志的存储机制。
